CN104819636B - 一种生物质脱水干燥装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质脱水干燥装置及方法，装置由脱水设备、干燥设备两部分组成；所述脱水设备由湿原料槽、低压蒸汽冷凝热水器、贮槽和过滤装置组成；干燥设备由贮斗，干燥器，冷凝水回收器，运输带，蒸汽压缩机，除尘器，蒸汽循环机，冷热料混合器组成。方法由脱水、干燥两步组成，第一步脱水是用高温冷凝水或低压水蒸汽将生物质加热杀死生物质脱水；第二步干燥是利用对饱和蒸汽加压使蒸汽冷凝放出潜热来干燥垃圾生物质。本发明使生物质先脱水、再干燥，具有既方便有效，又节约能源的优点。

Description

一种生物质脱水干燥装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于生物质脱水干燥的装置及方法。

背景技术

目前城市生活垃圾的处理是困扰我们的一大难题：其一是产生量大；其二是处理十分困难。城市生活垃圾中大部分是生物质。同时，对农林废弃物生物质能的开发利用研究是我国可持续发展技术的重要内容之一，被列入我国21世纪发展议程。无论是农林废弃物生物质还是城市生活废弃中的生物质含水分都是很高的，有的高达70%以上。如果不脱水干燥，由于热值低，不仅热效率低，而且处理利用时几乎无法维持正常的工况，必须要进行脱水干燥。

生物质脱水和干燥的方法一般分为两类：机械脱水法和热力干燥法。机械脱水法是挤压。单纯用这种方法脱水不仅要消耗大量的电能和较多挤压设备的维修工作，而且使生物质被挤压而失去很多有效成分。有些垃圾处理时，为了除去生物质中这部分水，让其发酵数天后让这部分水自然流出。这发酵不仅损失了生物质的有效成分，而且这发酵产生的臭气严重污染了环境，产生的污水也难处理。

目前热力干燥法是用高温的热载体（空气、烟气、过热水蒸汽）和生物质接触，让其中的水蒸发出来。这些方法都是利用气体的显热，热损失大，利用率低。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，其目的在于提供一种既方便有效，又节约能源，使生物质先脱水、再干燥的生物质脱水干燥装置。

本发明采用的技术方案如下：一种生物质脱水干燥装置，其特征在于：由脱水设备、干燥设备两部分组成；所述脱水设备由湿原料槽、低压蒸汽冷凝热水器、贮槽和过滤装置组成，湿原料槽是一钢制容器，上部为圆柱筒体，下部为圆锥体；低压蒸汽冷凝热水器由一圆柱筒体与上下两椭圆形封头焊接而成，上封头装有可密封的压盖，下封头底部设有阀门，筒体上部设有高温冷凝热水进口管和低压蒸汽进口管，低压蒸汽管上钻有多个蒸汽分布孔；贮槽是一钢制容器，上部为圆柱筒体，下部为圆锥体，内设有一由电动机、减速机带动的低速旋转的刮料器和冷却水螺旋盘管；

干燥设备由贮斗，干燥器，冷凝水回收器，运输带，蒸汽压缩机，除尘器，蒸汽循环机，冷热料混合器组成；贮斗由上部圆柱筒体与下部的圆锥体焊接而成，贮斗下部安装有一星形下料器，干燥器被两层隔板分为三段，上段为干燥段，上段隔板托起被干燥的生物质，同时上段隔板上装有正三角形排列的过热蒸汽分布风帽和干料自动下降管，干料自动下降管穿过下隔板并与下隔板焊接，上下管板之间装有蒸汽冷凝换热盘管；蒸汽冷凝换热盘管由多根螺旋盘管并联焊接组成，上部设有蒸汽进口总管，下部设有冷凝水出口总管；蒸汽压缩机为单级离心式压缩机，蒸汽冷凝换热盘管的下方安装有循环蒸汽分布器，循环蒸汽分布器为一梳形分布器，总管和支管上钻有多个蒸汽出口小孔；蒸汽循环机为离心式蒸汽循环风机；冷凝水回收器为一圆柱筒体，上下焊有椭圆形封头的容器，设有液位计，冷凝水进口和蒸汽平衡管，其冷凝水出口与下部冷凝水泵进口相连，冷凝水泵设有通往低压蒸汽冷凝水槽的出口管；干燥器的蒸汽出口管与旋风除尘器进口相连；旋风除尘器下部设有下料器，下料器由运输带连接冷热料混合器，冷热料混合器为一双轴螺旋搅拌机。

所述过滤装置为带式真空过滤机；或为压滤机、压榨机、 离心分离机中的一种。

所述低压蒸汽冷凝热水器可以由以下的连续作业的装置代替，所述连续作业的装置由生物质料斗，高温冷凝水热水槽，低压蒸汽入口管，水平运输带，溢流放水管，垂直运输带，出料口组成，生物质料斗上部是圆柱筒体，下部为一锥斗的容器；高温冷凝水热水槽为一钢制容器，其横截面为一矩形，矩形的一端装有垂直向上的斗式提升机，在斗式提升机傍的水平位置装有一水平运输带，在槽内中上部设有溢流水管，中上部设有高温冷凝水进口管和低压蒸进口管，蒸汽进口管上钻有蒸出口小孔。

本发明采用的生物质脱水干燥方法，由脱水、干燥两步组成，第一步脱水是用高温冷凝水或低压水蒸汽将生物质加热到105℃左右，杀死生物质，使生物质中的自由水分子从被胶体颗粒和渗透液的吸引力中解脱，同时使部分植物细胞发生质壁分离，部分自由水由于重力作用从植物中流出，将生物质通过带式真空过滤机使水分被分离；第二步干燥是利用对饱和蒸汽加压使蒸汽冷凝放出潜热来干燥垃圾生物质，生物质中水分蒸发产生二次蒸汽；由蒸汽压缩机将生物质蒸发出来的二次蒸汽压缩到一定的压力，送到干燥器的蒸汽冷凝盘管内，蒸汽冷凝放热，放出的热量加热盘管外由蒸汽循环机送来的循环蒸汽，被加热的循环蒸汽通过热蒸汽分布风帽后加热生物质托板上的生物质湿原料，使其中的水分蒸发为二次蒸汽，而本身得到干燥；被干燥后的生物质通过自动下料管落到干燥器的底部，由干原料下料器定时定量地排出；生物质蒸发出来的二次水蒸汽和原有蒸汽一道分两路，一路送到蒸汽压缩机，另一路送蒸汽循环机，过程如此循环。

本发明第一步为脱水。生物质中的水分分为自由水和束缚水。自由水是不被植物胶体颗粒或渗透物质吸引或吸引力很小，可自由移动的水分，升温可挥发，降温可结冰。生物中95%以上的水为自由水。束缚水是被植物细胞胶体颗粒或渗透物质吸引且紧紧束缚在胶体颗粒或渗透物周围的水分，不能自由移动，升温不挥发，降温不结冰。利用生物质中水的这一特性，用高温冷凝热水或低压水蒸汽将生物质加热到105℃左右，杀死生物质，使生物质中的自由水从被胶体颗粒或渗透物质本来就很小的吸引力中解脱出来；同时由于105℃温度，使部分植物细胞发生质壁分离。水由于重力作用从植物中流出。用真空分离、轻微机械挤压或离心分离使流出的水分被分离。只消耗很少的能量，就可使生物质脱去总水分的60%以上。

第二步是干燥，本发明是利用蒸汽冷凝潜热干燥生物质，并且由于利用了二次蒸汽的冷凝潜热，提高了热利用率。

物质的冷凝主要与其饱和蒸汽压和临界状态参数有关。在温度小于临界温度，压力大于饱和蒸汽压时，物料就会冷凝。其原理是道尔顿分压定律。以水为例，气体中的水量x=P水/P总，其中P水为水汽分压，是温度的函数，P总为水汽总压。当等温时，P总增加，P水不变，所以水汽含量X就要变小，水分就要由汽相进入液相。同时加压后，组分沸点升高，冷凝温度提高了，使得本来要低温介质才能冷凝下来的气体，只要较高温度的介质就可以冷凝。如果我们将换热器管内的饱和蒸汽进行压缩，则管内部分蒸汽就会进行冷凝，管内蒸汽冷凝时放出冷凝热，我们就利用管内蒸汽冷凝相变热来加热管外的水汽，再用被加热的水汽加热生物质，使生物质中的水被蒸发而被干燥。我们又将被蒸发出来的二次蒸汽又进行压缩，使其冷凝而放出热量。这样，生物质进行干燥时排出来的水不是以蒸汽的形式被废弃，而是以冷凝水的形式排出，水汽的潜热被利用。此过程完全是一个纯物理过程，不产生挥发物、焦油。热能的回收利用率得到了很大的提高，减少了干燥对了外界能量的需求。同时可以将冷凝下来的高温冷凝水用去第一步加热生物质，使其脱水。

本发明使生物质先脱水、再干燥，具有既方便有效，又节约能源的优点。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明低压蒸汽冷凝热水器的另一种结构图；

图1中：1是湿原料槽；2是低压蒸汽冷凝热水器；3是贮槽；301是水冷却盘管；302是物料刮板； 4是带式真空过滤机；5是贮斗；6是干燥器；601是星形下料器；602是自动下料管；603是热蒸汽分布风帽；604是蒸汽冷凝换热盘管；605是循环蒸汽分布器；606是干原料星形下料器；607是生物质托板；7是冷凝水回收器；701是热水泵；8是运输带；9是蒸汽压缩机；10是旋风除尘器；1001是下料锁； 11是蒸汽循环机；12是冷热料混合器；13是运输带；14是非生物质原料库；15是成品原料库；

图2中：16是下料斗；17是低压蒸汽冷凝热水槽；18是高温冷凝水进口管；19是低压蒸汽入口管；20是水平运输带；21是溢流水管；22是垂直运输带；23是出料口。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

由图1可知，本发明生物质脱水干燥装置，由两部分组成，第一部分为脱水设备，第二部分为干燥设备。脱水设备由湿原料槽1，低压蒸汽冷凝热水器2，贮槽3和脱水带式真空过滤机4组成。湿原料槽1通过管道、阀门与低压蒸汽冷凝热水器2相连，低压蒸汽冷凝热水器2通过管道、阀门与贮槽3相连。贮槽3通过管道、阀门与带式真空过机4相连。干燥设备由贮斗5，旋风干燥器6，冷凝水回收器7，运输带8，蒸汽压缩机9，除尘器10，蒸汽循环机11，冷热料混合器12等设备组成。带式真空过滤机4下面设置贮斗5，贮斗下部设有星形下料器601，星形下料器601与干燥器6相连，干燥器6的下部设有干原料星形下料器606。星形下料器606下部设有运输带8。运输带8冷热料混合器14相接。干燥器内设有蒸汽冷凝换热盘管604，蒸汽冷凝换热盘管604上进口总管与蒸汽压缩机9出口相连，蒸汽冷凝换热盘管604的下部总管与冷凝水回收器7相连，冷凝水回收器7下部设有热水泵701，热水泵701通过阀门管道与低压蒸汽冷凝热水器2相连。干燥器6内还设有循环蒸汽分布器605，循环蒸汽分布器605的进口管与蒸汽循环机11出口相连。干燥器6的蒸汽出口与旋风除尘器10进口相连，旋风除尘器下部设有下料锁1001。旋风除尘器10的蒸汽出口分两路管线，一路与蒸汽压缩机9进口相连，另一路与蒸汽循环机11进口相连。

根据图2说明如下：本发明的低压蒸汽冷凝热水器的另一种形式。生物质下料斗16与低压蒸汽冷凝热水槽17相连接，低压蒸汽冷凝热水槽17设有一高温冷凝水进口管18，与图1中热水泵701出口管相连。低压蒸汽冷凝热水槽17上设有一低蒸汽进口管19，水平运输带20的一端在下料斗16的下方，一端处在垂直运输带20的下方，垂直运输带22的上方设出料口23，由出料口23与图1中的贮槽3相连。在蒸汽冷凝热水槽17的中上部设有一溢流水管21，保持槽内一定的热水高度。

实用证明，利用蒸汽热水加热生物质脱水，可以使生物质脱去总水分的60%以上。而利用加压饱和蒸汽冷凝热干燥生物质，与热风干燥相比，热效率提高4倍以上。

工作过程：经切碎机将生物质切碎，达到粒度要求后的新鲜生物质送入湿原料槽1内，由湿原料槽1送到低压蒸汽冷凝热水器2内，用低压蒸汽或冷凝水回收器7送来的高温冷凝水将生物质加热到105℃左右。然后将热水和生物质放入贮槽3内贮存，并向301水冷却盘管通入冷却水使生物质冷却。当带式真空过滤机4启动后，将贮槽3内生物质送入带式真空过滤机4脱水。把已脱去明水的生物质放入贮斗5存放。由601下料器将贮斗5中生物质定量加入干燥器 6中。在干燥器6中，由蒸汽压缩机9 将生物质蒸发出来的水蒸汽压缩到一定的压力，同时补充部分新鲜水蒸汽后送入蒸汽冷凝换热盘管604内，此时蒸汽冷凝盘管604内蒸汽冷凝放热，放出的热量加热盘管外的低温循环蒸汽，此蒸汽由蒸汽循环机送来的通过循环蒸汽分布器605均匀分布的蒸汽。被加热的循环蒸汽通过热蒸汽分布风帽加热生物质托板607上的生物质原料，使其中的水分蒸发为二次水蒸汽，而本身得到干燥。被干燥后的生物质通过自动下料管602落到干燥器6的底部，由干原料下料器606定时定量地排出。排出的被干燥的生物质原料温度较高，含有一定量的热量，用运输带8送去冷热料混合器，与未干燥的室温非生物质原料混合，回收热量使非生物质原料干燥。降温后的原料用运输带13送入成品原料仓库15。从干燥器6出来的水蒸汽带有部分生物质碎末，经除尘器10分离，被分离的粉末由1001除尘器排渣锁送去运输带8。分离了粉末后的蒸汽分两路，一路去蒸汽循环机9循环，一路去蒸汽压缩机11加压。过程如此循环。

本发明所述的实施例仅仅是对发明的优选实施方式进行的描述，并非对发明构思和范围进行限定，在不脱离发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入发明的保护范围，发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种生物质脱水干燥装置，其特征在于：由脱水设备、干燥设备两部分组成；所述脱水设备由湿原料槽、低压蒸汽冷凝热水器、贮槽和过滤装置组成，湿原料槽是一钢制容器，上部为圆柱筒体，下部为圆锥体；低压蒸汽冷凝热水器由一圆柱筒体与上下两椭圆形封头焊接而成，上封头装有可密封的压盖，下封头底部设有阀门，筒体上部设有高温冷凝热水进口管和低压蒸汽进口管，该低压蒸汽进口管上钻有多个蒸汽分布孔；贮槽是一钢制容器，上部为圆柱筒体，下部为圆锥体，内设有一由电动机、减速机带动的低速旋转的刮料器和冷却水螺旋盘管；

干燥设备由贮斗，干燥器，冷凝水回收器，运输带，蒸汽压缩机，旋风除尘器，蒸汽循环机，冷热料混合器组成；贮斗由上部圆柱筒体与下部的圆锥体焊接而成，贮斗下部安装有一星形下料器，干燥器被两层隔板分为三段，上段为干燥段，上段隔板托起被干燥的生物质，同时上段隔板上装有正三角形排列的过热蒸汽分布风帽和干料自动下降管，干料自动下降管穿过下隔板并与下隔板焊接，上下隔板之间装有蒸汽冷凝换热盘管；蒸汽冷凝换热盘管由多根螺旋盘管并联焊接组成，上部设有蒸汽进口总管，下部设有冷凝水出口总管；蒸汽压缩机为单级离心式压缩机，蒸汽冷凝换热盘管的下方安装有循环蒸汽分布器，循环蒸汽分布器是由总管和支管组成的一梳形分布器，总管和支管上钻有多个蒸汽出口小孔；蒸汽循环机为离心式蒸汽循环风机；冷凝水回收器为一圆柱筒体，上下焊有椭圆形封头的容器，设有液位计，冷凝水进口和蒸汽平衡管，其冷凝水出口与下部冷凝水泵进口相连，冷凝水泵设有通往低压蒸汽冷凝热水槽的出口管；干燥器的蒸汽出口管与旋风除尘器进口相连；旋风除尘器下部设有下料器，下料器由运输带连接冷热料混合器，冷热料混合器为一双轴螺旋搅拌机。

2.根据权利要求1所述的生物质脱水干燥装置，其特征在于，所述过滤装置为带式真空过滤机；或为压滤机、压榨机、离心分离机中的一种。

3.根据权利要求1所述的生物质脱水干燥装置，其特征在于：所述低压蒸汽冷凝热水器由以下的连续作业的装置代替，所述连续作业的装置由生物质料斗，低压蒸汽冷凝热水槽，低压蒸汽入口管，水平运输带，溢流水管，垂直运输带，出料口组成，生物质料斗上部是圆柱筒体，下部为一锥斗的容器；低压蒸汽冷凝热水槽为一钢制容器，其横截面为一矩形，矩形的一端装有垂直向上的斗式提升机，在斗式提升机旁的水平位置装有一水平运输带，在低压蒸汽冷凝热水槽内中上部设有溢流水管，中上部设有高温冷凝水进口管和低压蒸汽进口管，所述蒸汽进口管上钻有蒸汽出口小孔。

4.一种生物质脱水干燥方法，由脱水、干燥两步组成，第一步脱水是用高温冷凝水或低压水蒸汽将生物质加热到105℃左右，杀死生物质，使生物质中的自由水分子从被胶体颗粒和渗透液的吸引力中解脱，同时使部分植物细胞发生质壁分离，部分自由水由于重力作用从植物中流出，将生物质通过带式真空过滤机使水分被分离；第二步干燥是利用对饱和蒸汽加压使蒸汽冷凝放出潜热来干燥垃圾生物质，生物质中水分蒸发产生二次蒸汽；由蒸汽压缩机将生物质蒸发出来的二次蒸汽压缩到一定的压力，送到干燥器的蒸汽冷凝盘管内，蒸汽冷凝放热，放出的热量加热蒸汽冷凝盘管外由蒸汽循环机送来的循环蒸汽，被加热的循环蒸汽通过热蒸汽分布风帽后加热生物质托板上的生物质湿原料，使其中的水分蒸发为二次蒸汽，而本身得到干燥；被干燥后的生物质通过自动下料管落到干燥器的底部，由干原料下料器定时定量地排出；生物质蒸发出来的二次蒸汽和原有蒸汽一道分两路，一路送到蒸汽压缩机，另一路送蒸汽循环机，过程如此循环。